Onde elettromagnetiche Le onde elettromagnetiche hanno la stessa velocità nel vuoto: la velocità della luce. Relazione tra energia e frequenza (Planck - Einstein): E = hn Un’altra unità di misura usata per l’energia: 1 eV= 1.60 ∙ 10-19 J

Lunghezza d’onda l 380 ÷ 760 nm Frequenza n n = 790 ÷ 395 THz La radiazione può essere presentata in vari modi. Per la luce visibile avremo i seguenti intervalli in: Lunghezza d’onda l 380 ÷ 760 nm Frequenza n n = 790 ÷ 395 THz Energia hn 3.26 ÷ 1.63 eV

Interazione radiazione - materia La radiazione quindi è costituita da tanti corpuscoli, quanti di luce (detti fotoni), la cui energia è fissata dalla loro lunghezza d’onda o dalla frequenza di oscillazione. E2 Questi corpuscoli interagiscono con gli elettroni presenti nella materia. E1 E0 Nel caso di un atomo isolato gli elettroni hanno delle orbite fisse con una determinata energia Assorbimento Emissione hn = E2-E0 hn = E2-E1 hn = E2-E0 hn = E1-E0 E2 E1 hn hn E0

delle orbite di un atomo Schema energetico di un atomo. Schemino spaziale delle orbite di un atomo Schema energetico di un atomo.

Casi estremi: corpo nero e gas Spettro continuo per il corpo nero Spettro a righe per i gas. Idrogeno Azoto

Casi estremi: corpo nero e gas. Aggiungendo atomi per formare un reticolo si ha che i livelli energetici degli atomi si allargano. Si può avere anche sovrapposizione.

I metalli Elettroni mobili Partiamo dai singoli atomi di rame. Nell’orbitale più esterno hanno un solo elettrone. Nella stato solido i metalli formano una struttura ordinata di atomi che condividono gli elettroni più esterni (gli elettroni possono muoversi liberamente su tutta la struttura). Questo spiega perché conducono facilmente il calore e la corrente elettrica. Inoltre gli elettroni possono assorbire fotoni ed aumentare così la mobilità nel reticolo (energia cinetica). Con un grafico nel quale indichiamo sulla verticale l’energia possiamo rappresentare un metallo, Con una banda di energia mezza piena e che la possibilità di assorbire energia o cederla facilmente.cinetica).

Dallo spettro di righe allo spettro di bande. Gli isolanti presentano una soglia di energia (Eg), se la luce (fotoni) che interagiste non supera questa soglia non si ha assorbimento. I semiconduttori hanno una soglia bassa nella regime dell’infrarosso, assorbono luce visibile e si possono confondere alla vista con dei metalli Un materiale con soglia sulle frequenze del visibile illuminato da luce presenterà un colore complemetare ai “colori” assorbiti (idiocromatici) Un materiale con la soglia si trova a 550 nm le componenti non assorbite saranno rosse e gialle, pertanto il materiale assume colore arancione. n o E l

Assorbimento della radiazione visibile e colore Nel caso di soglia di assorbimento nell’UV 400 nm allora I materiali sono trasparenti al visibile. Vetro, quarzo, diamante. Plexiglas e cellophan. Lenti di plastica. Il vetro assorbe a circa 350, protezione dagli UV. Mescolando a questi materiali opportune sostanze da modificarne l’assorbimento si possono ottenere altre colorazioni: colorazione allocromatica. Quarzo costituito da SiO2 . Assorbimento da 190 nm, sia in forma cristallina che amorfa. Introducendo impurezze o per la presenza di anomalie nella struttura cristallina si hanno varie colorazioni. Corindone (Al2O3) è trasparente, il rubino (Al2O3 con impurezze di cromo) presenta un colore rosso vivo. Gli atomi di cromo inducono assorbimento nella regione del verde, e quindi si ha colore rosso quando il materiale è illuminato da luce bianca. I pigmenti colorati fanno uso di metalli di transizione, che non avendo tutti gli orbitali interni saturi di elettroni, presentano bande di assorbimento nel visibile. Cromato di Piombo (giallo di cromo), ossido si cromo (verde di cromo), granati (rossi per il ferro).

Radiazione incidente e assorbita Radiazione riflessa Radiazione I materiali in trasparenza assumo il colore delle componenti luminose non assorbite, colore di volume. I metalli assorbono e restituiscono la luce visibile (specularità). La maggior parte dei marteriali sono opachi, non riusciamo a vedere attraverso essi (colore di superficie), La luce nei materiali è influenzata in 3 modi: riflessione, diffusione ed assorbimento. Per la riflessione la luce incidente su una superficie perfetta viene riflessa in modo speculare e l’oggetto ha un aspetto lucido. Su una superficie granulosa la luce viene diffusa in tutte le direzioni, l’oggetto ha una aspetto opaco. Il resto della luce penetra nel materiale. Se è omogeneo le componenti non assorbite emergono dall’altra parte mantenendo la direzione di arrivo (trasparenza). Se è costituito da granuli allora la luce diffonde in varie direzioni. Se non viene assorbita allora si ha colore bianco. Altrimenti si osserva il colore complementare alle componenti assorbite. Radiazione riflessa Radiazione incidente Radiazione trasmessa e assorbita

Dettaglio sull’energia ad altre lunghezze d’onda Per molecole di gas in condizioni ideali: Transizioni elettroniche livelli elettronici Transizioni vibrazionali o livelli vibrazionali Per fluidi e solidi anche i livelli vibrazionali e rotazionali si sovrappongono, si hanno così le bande. Transizioni rotazionali o livelli rotazionali

Onde elettromagnetiche, sorgenti e fenomeni correlati.

Spettro di assorbimento dei gas costituenti l’aria.

Illuminazione ed onde em

Tipi di lampade e loro spettri UV IR Incandescenza Alogene UV 380 nm 760 nm Scarica vapori di sodio a bassa pressione UV IR UV Tubi a scarica